Свет вместо давления: в Японии создали новый носитель водорода

Японские исследователи совершили прорыв в области хранения водорода, разработав новый твердотельный материал – слоистый гидросиликан (L-HSi). Его уникальность заключается в способности высвобождать водород под воздействием обычного видимого света, например солнечного или светодиодного, при комнатной температуре и давлении. Это открытие может кардинально изменить подходы к созданию безопасных и легких систем хранения чистого топлива.

Водород считается перспективной заменой ископаемому топливу, поскольку при его использовании не выделяется углекислый газ. Однако его широкому применению мешают сложности с хранением и транспортировкой. Существующие методы имеют серьезные недостатки: сжатый водород в баллонах обладает низкой плотностью хранения и несет риски взрыва, а жидкий водород требует поддержания экстремально низких температур, что очень энергозатратно. Другие носители, такие как аммиак, токсичны и требуют больших затрат энергии для извлечения водорода.

Новый материал, созданный группой ученых из Токийского научного института, Университета Киндай и Университета Цукуба, представляет собой соединение кремния и водорода. Слоистый гидросиликан – это стабильный порошок, который не требует сложных условий для высвобождения топлива. Он обладает высокой гравиметрической емкостью в 3,44% по весу, что является ключевым показателем эффективности для легких систем хранения. Это означает, что материал способен хранить значительное количество водорода относительно собственной массы.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Optical Materials, подтвердили, что процесс высвобождения водорода запускается не нагревом, а прямым поглощением световой энергии. Материал реагирует на свет с длиной волны ниже 600 нанометров, причем максимальная эффективность наблюдается в зеленой части спектра. Процесс основан на квантовом эффекте, известном как «возбуждение запрещенной зоны», а не на простом фототермическом воздействии.

В ходе экспериментов ученые помещали порошок L-HSi в реактор и облучали его ксеноновой лампой, что приводило к активному выделению газообразного водорода. При длительном воздействии света из материала удалось высвободить около 46,7% связанного водорода. Важно, что для этого процесса оказались эффективны даже экономичные и доступные источники света, включая солнечные лучи и обычные светодиоды.

Слоистый гидросиликан открывает путь к созданию принципиально новых, безопасных и энергоэффективных систем хранения водорода. В дальнейших планах исследователей – работа над повышением обратимости процесса, то есть способности материала многократно «заряжаться» водородом, а также разработка технологий для его масштабирования и практического применения в водородной экономике будущего.